[LeetCode] 由 「打印機任務隊列" 所想

1、這是個基礎問題

Ref: Python之隊列模擬算法（打印機問題）【首先研究這個問題做爲開始】

任務隊列

定義一個任務隊列，來管理任務，而無需關心隊列的」任務類型"。

# 自定義隊列類
class Queue(object):

    def __init__(self):                        #初始化空隊列
        self.items = []

    def isEmpty(self):                        #是否爲空
        return self.items == []

    def enqueue(self, item):                #入隊，索引爲0，即隊尾在左側
        self.items.insert(0,item)

    def dequeue(self):                        #出隊，列表最後一個，即隊首在右側
        return self.items.pop()

    def size(self):                            #查看隊列的大小
        return len(self.items)

  

遍歷循環隊列

index不變，elem變化

queue.enqueue(queue.dequeue)

 

index變化，elem不變

position = index % Queue.size()

 

 

打印機類

三個狀態：（1）接到一個新任務，就一個key: task timeRemaining（2）忙麼？（3）執行任務一秒鐘，更新任務狀態。

因此，打印機類的」執行任務「，外層是一個」秒針滴答」的循環。

# 打印機類 須要實時監測是否正在執行打印任務
class Printer(object):

    def __init__(self, ppm):
        self.pagerate = ppm            # 頁面打印速率：打印一張須要多少秒
        self.currentTask   = None           # 初始化當前任務
        self.timeRemaining = 0              # 初始化剩餘時間
    
    # 計算正在執行的打印任務的剩餘時長，即減去當前秒(1秒時長)後的時長
    def tick(self):
        if self.currentTask != None:        # 正在執行打印任務
            self.timeRemaining = self.timeRemaining - 1 # 去除當前秒的任務剩餘時長
            if self.timeRemaining <= 0:     # 當前打印任務結束後
                self.currentTask = None     # 在一次任務結束後將打印機設爲空閒
    
    # 對外接口：打印機是否忙碌
    def busy(self):
        if self.currentTask != None:        # 當前打印機有任務，則
            return True                     # 忙碌
        else:                               # 當前打印機無任務，則
            return False                    # 空閒
    
    # 進入下一個打印任務
    def startNext(self, newtask):
        self.currentTask   = newtask
        self.timeRemaining = newtask.getPages() * 60/self.pagerate  # 新任務須要的時間秒數: (有幾張 * 一張須要多少秒)

 

任務類

建立一個 「隨機大小「 的任務；並設定好 「生日」。

類中的只讀屬性，能夠考慮使用@property。

# 一個單獨的打印任務
class Task(object):

    def __init__(self,time):
        self.timestamp = time                   # 出生時間：任務被建立和被放入打印隊列時的時間節點
        self.pages = random.randrange(1,21)     # 隨機大小：隨機生成1-20頁的單個任務的打印頁數
    
    # 對外接口：獲取時間節點，此處沒用到。
    def getStamp(self):
        return self.timestamp
    
    # 對外接口：獲取頁數
    def getPages(self):
        return self.pages
    
    # 已經等待了多久；用於檢索任務開始打印前在隊列中的等待時長
    def waitTime(self, currenttime):
        return currenttime - self.timestamp

  

開始模擬

例如：評估下」一小時內「 使用一臺 「每分鐘打印五張」 打印機的狀況，進行模擬。

每一秒，要考慮兩個事情：（1）有新任務？（2）能處理新任務？（3）打印機處理一次。

# 指定時長、指定打印速率下的打印函數
def simulation(numSeconds, pagesPerMinute):

    labprinter   = Printer(pagesPerMinute)      # 實例化打印機類，參數爲頁/分鐘
    printQueue   = Queue()                      # 建立打印隊列
    waitingtimes = []                           # 初始化等待時長列表

    # 模擬：時間是 一秒一秒 地流逝，每一秒都要考慮兩個事情。
    for currentSecond in range(numSeconds):     #在指定時長numSeconds內的當前秒時
        # (a) 有新來的打印任務嚒？
        if newPrintTask():                      #如有打印任務，則
            task = Task(currentSecond)          #建立打印任務，並記錄當前時間節點
            printQueue.enqueue(task)            #將該打印任務入隊

        # (b) 若打印機不忙碌，且打印隊列不爲空，則
        if (not labprinter.busy()) and (not printQueue.isEmpty()):
            nexttask = printQueue.dequeue()     #出隊
            waitingtimes.append(nexttask.waitTime(currentSecond))  #將該任務等待時長加入等待列表
            labprinter.startNext(nexttask)      #打印該任務
 
        # (c) 打印機執行一次
        labprinter.tick()  #計算正在執行的打印任務的剩餘時長，並在一次任務結束後將打印機設爲空閒


    averageWait = sum(waitingtimes) / len(waitingtimes) #平均等待時長
    print("Average Wait %6.2f secs %3d tasks remaining." % (averageWait, printQueue.size()))

 

隨機任務

條件判斷之模擬，1/180的機率去作一件事。

# 使用隨機函數建立打印任務
def newPrintTask():
    num = random.randrange(1, 181)              #生成隨機數，平均3分鐘有一個任務
    if num == 180:                              
        return True                             #有打印任務
    else:
        return False                            #沒有打印任務

  

程序測試

if __name__ == '__main__':
    for i in range(10):                         #獲取10次打印狀況
        simulation(3600, 5)                     #獲取1小時內，每分鐘打印5張的打印狀況

Output: 

Average Wait  58.35 secs   0 tasks remaining.
Average Wait  85.43 secs   0 tasks remaining.
Average Wait  83.68 secs   4 tasks remaining.
Average Wait 107.12 secs   0 tasks remaining.
Average Wait  71.05 secs   0 tasks remaining.
Average Wait  30.77 secs   3 tasks remaining.
Average Wait 143.09 secs   0 tasks remaining.
Average Wait 195.75 secs   4 tasks remaining.
Average Wait 265.95 secs   1 tasks remaining.
Average Wait  70.94 secs   0 tasks remaining.

 

  

2、基礎總結

首先，這是一個 「模擬現實」 並作出評估的問題，思惟模式具備必定的實際意義。

Input 端的兩個隨機特性；

• • 隨機輸入
  • 隨機負載

代碼樣例以下：

for currentSecond in range(numSeconds): 
　　if random.randrange(0, 180) == 180    # 隨機輸入
　　　　task = Task(currentSecond)　　　　  # 隨機負載
　　　　printQueue.enqueue(task) 

  

class Task(object):

    def __init__(self,time):
        self.timestamp = time
        self.pages = random.randrange(1,21)     # 隨機負載

 

End.